인텔 창업자 중 한 명인 고든 무어는 1965 년에 집적 회로에 들어갈 수 있는 트랜지스터 수가 18 24 개월마다 두 배로 증가할 것으로 예측했다. 이를 무어의 법칙이라고 한다. 하지만 최근 몇 년 동안 구조, 재료, 양자 효과 등 여러 가지 요인으로 인해 집적 회로 발전이 병목 현상으로 치닫고 있다. 무어의 법칙이 종말을 맞이하고 있으며, 인간 사회도' 후무어 시대' 에 진입하여 어떻게 신소재, 새로운 구조, 새로운 원리 기구의 연구와 개발을 통해 집적 회로의 발전을 더욱 추진할 것인가가 관련 연구원들이 끊임없이 탐구하고 있는 목표이다.
덩정은 중국과학원물리학연구소 부연구원 중 한 명이다. 그가 연구한 자성 반도체는 오랫동안 독립적으로 발전해 온 반도체와 자성 물질을 융합해 컴퓨팅, 저장, 통신을 통합하는 차세대 정보기기의 전달체로, 무어 시대의 난제를 해결하는 가장 좋은 방법 중 하나로 꼽힌다.
Deng Zheng 은 하얼빈 공과 대학 재료 물리학 전공을 졸업했습니다. 이후 그는 중국과학원물리학연구소에서 박사 학위를 전공했고, 재료과학연구전문가 상청교수로부터 초전도 자기반도체 등 자기전기 기능 재료 분야에 대한 연구를 진행했다.
잘 알려진 반도체는 현대 정보기술의 기초를 형성하고 있으며, 집적 회로, 칩 등은 반도체를 기반으로 급속한 발전 추세를 보이고 있지만 반도체를 기반으로 한 정보기술에는 과학자들이 해결하기를 기다리는 결함이 있다. "전자는 전하 속성 외에 스핀 속성도 있다. 그러나 현재 기술은 정보 처리에 전하 속성을 채택하고 있으며, 그 스핀 속성은 집적 회로에서 효과적으로 활용되지 않는다. " 덩정은 설명했다.
이 문제를 해결하기 위해, 선인들은 반도체에 대한 새로운 비전을 제시했다. 일반 반도체에 소량의 자성 이온을 섞을 수 있는지, 반도체가 전자의 전하 속성을 이용하여 정보를 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 자성 이온의 스핀을 이용하여 정보를 저장할 수 있는지 여부. 자성 이온이 섞인 이런 반도체는 학계에서' 자성 반도체' 라고 불린다.
"자성 반도체가 정보 저장과 정보 처리를 결합하여 효율성을 높이고 새로운 기술을 형성할 수 있기를 바랍니다." Deng Zheng 은 이제 포스트 무어 시대에 접어 들었고, 자기 반도체의 출현은 정보 저장, 처리 및 전달 방식을 혁신하고 포스트 무어 시대의 문제를 해결하기위한 새로운 아이디어를 제공 할 수 있다고 말했다. 박사 기간 동안 희자성 반도체 재료 방면의 뛰어난 성적으로 등정영은' 베이징시 우수 졸업생' 칭호와 중국과학원 원장상 우수상을 수상했다.
전통적인 자성 반도체에서 III-V 족 (Ga, Mn)As 는 벤치마킹된 재료이다. 덩정과 팀은 연구 과정에서 (Ga, Mn)As 퀴리 온도가 상승하기 어려운 이유를 발견했다. 우선, Ga 는 +3 가, Mn 은 +2 가, 둘째, Mn 의 비등가 도핑은 스핀과 전하의 두 가지 속성을 동시에 도입하는데, 전하와 스핀 도핑은 함께 묶여 있어 재료의 유류자 농도와 유형을 단독으로 조절하기 어려워 이론 모델 구축이 어렵고 보편성의 물리적 이미지를 얻기가 어렵다. 이러한 난제들은 제약 (Ga, Mn)As 와 같은 III-V 체계의 자성 반도체가 실용화의 주요 병목으로 나아가는 데 큰 걸림돌이 되고 있다.
상청 교수는 이러한 곤경을 해결하기 위해 등정과 소재한 연구팀을 이끌고 전하와 스핀이 섞인 새로운 희석 자기 반도체 Li(Zn, Mn)As 를 설계 및 발견했다. 여기서 Zn 은 +2 가 되고, Mn 도 +2 가 되며, 동등한 자성 원소를 통해 스핀을 도입하고 비자성 원소 Li 도핑을 통해 전하를 도입하여 전하를 실현했다.
Li(Zn, Mn)As 는 (Ga, Mn)As 의 개척자 T.Ditel 과 H.Ohno 교수가 희석 자기 반도체의 새로운 체계인 I-II-V 족 희석 자기 반도체로 등재되었다. 반도체 소자에서 전자의 스핀 자유도를 활용할 수 있는 새로운 기회를 제공하며 정보 기술의 중대한 변화를 가져올 것으로 예상됩니다. 반면에, 그것은 전통적인 자성 반도체의 존재의 병목 현상을 돌파했다.
이후 덩정이 있는 팀은 스핀, 전하가 각각 섞인 새로운 메커니즘을 바탕으로 층상 구조를 가진 새로운 희석 자기 반도체 재료 (Ba, K)(Zn, Mn)2As2 (BZA) 를 발견했다. "이론적으로 압력은 희석 자기 반도체의 대역폭을 증가시키고 에너지 간격을 감소시켜 유류자 농도와 순항성을 증가시킬 수 있으며, 일반적으로 퀴리 온도를 증가시킨다." 팀은 재료 설계 각도에서 화학내압을 도입하여 Li 를 Ba 로 교체하여 BZA 를 받았는데, 그 퀴리 온도는 230K 로 (Ga, Mn)As 재료 200k 제어 퀴리 온도 기록을 초과했다. 동시에, BZA 는 "122" 철계 초전도체 (Ba, K)Fe2As2, 반자석 BaMn2As2 동형, 격자 불일치 5 미만 등 격자와 일치하는 다양한 기능성 재료를 가지고 있으며, 이들 사이에는 안드레프 반사 접합, 자기 터널링 접합, 교환 바이어스 접합 등 다양한 다성분 이질성이 형성될 수 있습니다.
BZA 에 대한 팀의 주요 연구 성과' 고굴리 온도 희석 반도체 재료의 발견 및 기본 성능 연구' 가 2018 년 중국 재료연구학회 과학기술상 1 등상을 수상했다. 이러한 뛰어난 특징을 바탕으로 전기 및 전자공학협회 (IEEE) 가 발표한' 스핀전자공학을 위한 연생재료 로드맵' 은 BZA 를 이 분야의 중점 연구 자료로 추천한다. "향후 15 년 동안 자성 반도체의 발전은 BZA 의 실온 강자성 돌파 및 동일 구조의 다분체 이질 장치 개발에 기반을 두어야 한다" 고 지적했다.
"우리는 새로운 재료가 더 멀리 갈 수 있기를 바랍니다. 결국, 새로운 재료를 만드는 것부터 실제 운용까지 상당한 거리가 있습니다. 전하와 스핀이 분리된 새로운 묽은 자기 반도체 재료에 대해 두 가지 중요한 임무가 있습니다. 하나는 퀴리 온도를 더욱 높이는 것입니다. 실온 이상의 강자성은 실용화의 필수 조건 중 하나입니다. 또 다른 하나는 이질결체의 개발과 응용을 앞으로 추진하는 것이다. 이는 실제 응용을 위한 기술 깔개를 만들 수 있다. " 던이 말했듯이.
압력과 온도, 화학조는 물질 상태를 결정하는 세 가지 기본 매개변수로 나란히 열거되어 있다. 재료는 충분한 압력 하에서 풍부한 기능 진화를 나타낼 수 있으며, 희석 자기 반도체의 경우 고압은 강자성을 향상시키는 효과적인 방법 중 하나일 수 있습니다. 덩정이 있는 연구팀은 고압 위주의 극단적인 조건을 장기적으로 연구하고 재료의 물성을 조절하여 다양한 초전도, 토폴로지 및 자성 재료에서 뛰어난 성능을 얻었다. 앞서 언급했듯이 기존 희석 자기 반도체의 퀴리 온도를 높이는 것은 분야의 핵심 문제 중 하나이며, 덩정과 소속 팀은 이미 고압을 이용하여 희석 자기 반도체에 대한 연구를 실시하여 초보적인 효과를 보았다. 그들은 압력이 퀴리 온도를 효율적으로 조절하는 것을 관찰했고, 결정체 구조에서 핵심 원소의 이상적인 구조를 유지하는 것이 퀴리 온도를 높이는 중요한 전제조건이라는 것을 발견했다.
자신의 지칠 줄 모르는 끈기 외에도 은사의 도움도 덩정의 10 여 년 과학 연구의 키워드이다. 상청 교수는 30 여 년 동안 고압 극한 조건 재료 과학 연구에 종사한 경험을 가지고 있으며, 고압 극한 조건 재료 제비 및 표상 기술의 돌파구를 실현하고, 기능 재료 설계 개발 분야에 체계적인 혁신 공헌을 하였으며, 그의 지도는 등정에게 큰 도움이 되었다. 상청 교수는 던이 자성 반도체 분야에 깊이 파고들도록 유도해 왔으며, 그의 엄격한 요구, 엄밀한 과학 연구 태도, 세심한 배려 등을 이끌고 있으며, 던정은 감동을 받았다. Deng Zheng 은 진 청 (Jin Chengqing) 교수가 과학 연구원이 이렇게되어야한다고 느끼게했다. 스승의 과학 연구 정신은 매일의 모든 작은 일에 나타난다.
상청 교수는 희석 자기 분야의 유명 학자들과 교류 학습을 적극 추천했다. 예를 들어 우리나라 최초로 희석 반도체 재료 연구를 시작한 학자 중 한 명인 중국과학원 반도체의 조건화 연구원 등 동행과 협력 토론을 벌여 희석 자기 반도체 재료에 대한 인식을 높였다.
2020 년에 덩정은 중국과학연구원 청년촉진회에 입선했다. 청촉회의 지지로 회원들은 더 큰 자유 탐구 공간을 가질 수 있어 기초연구 분야의 연구자들에게 큰 도움이 된다. 올해 Deng Zheng 은 베이징의 과학 기술 노바 프로그램에 선정되었으며, 연구 주제는 "극한 조건에서 새로운 자기 전기 커플 링 재료" 입니다. 이 두 인재 프로젝트의 지원으로, 그는 새로운 희석 자기 반도체 Li(Zn, Mn)As 와 BZA 의 연구에 기초하여 재료 퀴리 온도를 더욱 높이고, 이 재료들을 기반으로 한 동구조의 이질결기를 발전시켜 재료의 실제 응용을 위한 기술 비축을 할 것이다.
그는 새로운 재료를 찾는 것은 재료과학 탐구의 영원한 주제이고, 희석 반도체는 무어의 법칙 병목 현상을 돌파하는 이상적인 재료 중 하나이며, 더 높은 서식지 온도와 우수한 자기, 전기적 성능을 얻는 효과적인 방법 중 하나이며, 그 연구의 의의는 자명하다고 말했다. 지금까지 국내외에서 신형 희석 자기 반도체에 대한 연구는 여전히 다결정 형태의 신소재를 탐구하는 단계에 집중되고 있으며, 재료의 물성과 메커니즘에 대한 연구가 막 시작되어 얻은 유한한 결과가 아직 완전한 이론 체계를 형성하기에 충분하지 않다. "우리는 새로운 재료를 개발하여 새로운 자성 반도체의 퀴리 온도를 높이고 이 분야에 새로운 활력을 불어넣어 새로운 방향을 열어주기를 희망합니다. 아마도 가까운 미래에는 저전력 초고속 검색 엔진, 클라우드 컴퓨팅, 대용량 네트워크 스토리지, 데이터 스토리지 등의 정보 처리 기술이 포함된 이질적 장치를 개발할 수 있을 것입니다. "